KR102657429B1 - 악취 저감 활성을 가지는 신규 락토바실러스 플란타룸 균주 및 이의 용도 - Google Patents
악취 저감 활성을 가지는 신규 락토바실러스 플란타룸 균주 및 이의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 프로바이오틱스로 기능할 수 있는 특성을 가지면서도, 이를 섭취한 동물의 분뇨에서 발생하는 악취 성분인 황화수소, 메틸머캅탄, VOC, 암모니아 등의 생성량을 감소시키는 효과가 우수한 특징이 있는 신규한 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주와 이의 악취 저감 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 악취 저감 활성을 가지는 신규한 락토바실러스 플란타룸 균주와 이의 악취 저감 용도에 관한 것이다.
2015년 기준 농업생산액에서 축산업이 차지하는 비중은 43%이며, 1인당 축산물 소비량도 지속적으로 상승하고 있다. 이와 같이 축산업의 중요성이 증가되고 있는데 대부분의 축산농가가 도시와 인접해 위치하고 있으며 약 70%가 소규모 시설을 보유하고 있어 가축의 악취에 대한 민원이 급증하고 있는 실정이다. 가축 분뇨가 배출된 후 축사 내부, 분뇨를 수거하여 보관하는 저장고 및 분뇨처리장으로 이동하여 처리하는 모든 과정에서 악취가 발생할 수 있다.
동물의 분뇨에서 발생하는 악취의 원인은, 분뇨에 포함된 영양성분을 미생물이 혐기적으로 분해하는 과정에서 생성되는 질소 및 황 화합물과 VFCs(volatile fatty acids)에 의한 것이며, 암모니아, 트리메틸아민, 황화수소와 메틸머캅탄, 프로피온산, 부티릭산 및 이소 발레르산이 주요 악취물질 7종으로 지정되어 관리되고 있다.
종래 알려진 동물 분뇨의 악취를 감소시키는 방법은 크게 3가지로 분류할 수 있는데, 축사 시설을 개선하는 방법, 분뇨 발생 후 악취 저감제를 처리하는 방법, 그리고 동물에게 사료와 함께 악취 저감용 제제를 급이하여 소화과정 이후 악취가 저감된 분뇨로 배출되도록 제어하는 방법으로 나눌 수 있다. 축사 시설 개선의 경우 이미 운영되고 있는 농장의 경우 별도의 시설비를 투자해야 하므로 비용 부담이 크며 시설 보완 과정에서 축산 활동에 어려움이 있을 수 있다. 분뇨가 배출된 후 악취를 처리하는 방법은 이미 배출된 분뇨의 악취가 동물에게 영향을 미치는 상태에서 처리과정이 진행되며, 악취 저감제를 살포하기 위한 노동력이 들고 처리제가 축사 내에 고르게 적용되기 어려운 단점이 있다. 한편, 악취 저감용 제제를 동물에게 급이 하는 방식은 사료와 함께 섞어 먹이거나 음용수에 섞어 급이하면 되므로 별도의 노동력이 들지 않고, 동물의 소화관을 통과하며 악취 발생의 근본 원인이 되는 장내 혐기성 발효균의 활동을 억제하는 등 장내에서부터 악취저감 활성을 나타낼 수 있다. 또한 악취가 저감된 상태로 분변이 배출될 수 있으며, 악취저감 활성을 나타내는 제제가 분변에 고르게 혼합된 상태로 배출되어 별도로 혼합해주는 과정이 필요치 않고, 분뇨가 배출되는 시점부터 처리되는 모든 과정에서 악취저감 효과를 기대할 수 있어 가장 근본적인 악취저감 대책이라고 할 수 있다.
분뇨 발생 후 악취 저감용 처리제로 사용되는 제제는, 꾸지뽕나무 추출물, 편백나무액, 목초액 등과 같은 식물 유래 물질을 이용하거나, 맥반석, 천매암, 제올라이트와 같은 광물을 이용하는 방법 외에 광합성 미생물 들을 분뇨에 혼합하는 방법 등이 알려져 있다. 동물 급이용 악취저감제의 성분으로 식물 유래 물질이나 광물이 아닌, 악취 저감 활성을 갖는 미생물을 이용하는 경우, 미생물이 동물의 소화 과정에서 생존할 수 있고 동물의 성장에 도움이 될 수 있다. 종래에는, 바실러스, 효모, 유산균 등의 미생물을 혼합된 형태의 급이용 악취 저감제를 가장 많이 이용해 왔으며, 한국 공개특허공보 제2012-0068204호에서는 축산분뇨의 악취 저감 효과를 갖는 칸디다 글라브라타와 생균제에 대해 개시하며, 한국 등록특허공보 제1,029,346호에서는 악취가스 저감 효과를 갖는 유산균, 효모, 바실러스, 광합성세균, 방선균 등을 포함하는 복합미생물 발효액에 대해 개시하고 있다.
그러나, 동물에게 급이하여 이용하는 악취 저감제의 경우, 동물의 건강에 나쁜 영향을 주지 않아야 하므로 이에 포함되는 미생물의 종류에 한계가 있을 수 있으며, 다양한 종류의 미생물들을 혼합하여 악취 저감제를 제조하는 경우 서로 다른 미생물들을 각각의 배양 조건으로 배양하여 혼합해야 하는 문제점이 있으며, 제품의 유통기한 동안 각 균주가 적정 생균수를 유지 해야 하므로 제품 제조 및 관리에 비경제적이고 번거로운 단점이 있다. 또한, 악취 저감제를 섭취한 동물의 체내 조건에 따라 섭취된 모든 미생물들이 악취 저감 활성을 충분히 나타낼 수 있도록 상호작용을 하는지 등을 쉽게 예상할 수 없다. 이에 따라, 단독 균주로서 악취 저감 활성을 가지면서도 동물에 안전하고 소화과정 및 분변으로 배출된 후에도 생존하며 악취 저감 활성이 현저하게 나타나는 새로운 미생물 균주에 대한 개발의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 동물이 섭취하여 프로바이오틱스(probiotics)로 이용될 수 있으며 동물의 분뇨에서 발생하는 악취 성분의 발생량을 저감시키는 활성이 있는 신규한 미생물 균주 및 이를 포함하는 악취 저감용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 동물이 만들어내는 분뇨로부터 발생하는 악취를 저감시키기 위해 동물에게 급이시키는 사료 조성물 및 사료 첨가제를 제공하는 것을 목적으로 한다. 나아가, 동물 분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 측면은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 락토바실러스 플란타룸 L190076(Lactobacillus plantarum L190076) 균주를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 상기 균주 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는, 악취 저감용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 상기 균주 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는, 사료 첨가제 및 사료 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 상기 악취 저감용 조성물을 동물의 분뇨에 적용하는 단계를 포함하는, 동물 분뇨의 악취 저감 방법을 제공한다. 또한, 상기 악취 저감용 조성물을 동물에게 섭취시키는 단계를 포함하는, 동물 분뇨의 악취 저감 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
1.
신규 락토바실러스 플란타룸(
Lactobacillus plantarum
) 균주
본 발명의 일 측면은, 신규 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum) 균주를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은, 상기 락토바실러스 플란타룸 균주 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는, 악취 저감용 조성물을 제공한다.
상기 락토바실러스 플란타룸 균주는 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주이고, 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 균주이다. 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 2020년 7월 23일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC)에 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 것으로, 이에 따라 당업자가 자유롭게 분양받아 용이하게 입수할 수 있으며 상기 미생물의 특성 및 효과를 확인할 수 있는 균주이다.
상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 사람을 포함하는 동물의 장내에서 서식이 가능한 균주일 수 있으며, 장내에 서식하면서 인간 또는 인간을 제외한 동물의 건강에 다양한 영향을 미칠 수 있다. 일반적인 락토바실러스 속 미생물은 그람 양성의 혐기성 세균으로, 장내에서 젖산 또는 초산 등을 생성하는 발효를 할 수 있으며, 유해균의 생장을 억제하거나 상기 미생물이 서식하는 인간 또는 인간을 제외한 동물의 면역 증진, 소화 촉진, 장 질환 개선 등의 효과가 있는 유산균으로 알려져 있다. 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076균주는 락토바실러스 속으로 분류되는 미생물로, 상기와 같은 락토바실러스 속 미생물이 나타내는 특성 중 일부를 나타낼 수 있다. 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 사람을 포함하는 동물에 대해 독성을 나타내거나 질환을 유발하지 않아 안전성이 있는 미생물일 수 있으며, 장내에서 인간 또는 인간을 제외한 동물의 건강에 도움을 주는 유익균으로 작용할 수 있는바, 프로바이오틱스(probiotics) 미생물로 기능할 수 있다.
구체적으로, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는, 내산성, 내담즙성, 또는 감마 용혈활성을 가지는 것이거나, 생체 아민을 생성하지 않는 것일 수 있다. 상기 "내산성"은 산성 조건에서 잘 견디는 성질을 의미하는 것으로, 통상적인 균주들과 비교할 때 산성 조건에서 사멸되는 균 수가 더 적은 성질이거나 산성 조건에서도 증식할 수 있는 성질일 수 있다. 상기 산성 조건은 pH 1 내지 pH 4일 수 있으며, 예를 들어 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 동물의 위산에 의한 산성 조건에서도 잘 견디는 것일 수 있다. 상기 "내담즙성"은 동물의 담즙(bile) 조건에서 잘 견디는 성질을 의미하는 것으로, 통상적인 균주들과 비교할 때 담즙 조건에서 사멸되는 균 수가 더 적은 성질이거나 담즙 조건에서도 증식할 수 있는 성질일 수 있다. 상기 담즙은 알칼리성을 띠며 담즙산, 인지질, 빌리루빈 등의 담즙산염 및 담즙색소를 포함하는 것일 수 있다. 상기 "감마 용혈활성"은 적혈구를 파괴하는 용혈을 일으키지 않는 성질을 의미하는 것으로, 감마 용혈활성을 가지는 미생물은 혈액 함유 한천배지에서 용혈을 일으키지 않아 콜로니 주변에 아무런 변화가 나타나지 않는다. 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 동물의 체내에서 동물의 적혈구를 파괴하지 않는 성질을 가지는 것일 수 있다. 상기 생체 아민은 치명적 독성을 일으켜 식중독 증상을 유발하거나 발암물질의 전구체로 기능할 수 있는 물질로, 예컨대 히스타민, 티라민 퓨트레신, 카다버린, 스퍼민, 스퍼미딘, 아그마틴, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 내산성 또는 내담즙성을 가지거나 감마 용혈활성을 가지거나 생체 아민을 생성하지 않는 성질을 가지므로, 상기 균주를 섭취한 동물의 체내에서 소화 과정을 거치더라도 사멸하지 않고 견딜 수 있으며 동물에게 독성을 유발하거나 용혈을 유발하지 않으므로, 프로바이오틱스로 이용하기에 적합한 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 동물의 분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키는 활성을 가지는 것일 수 있다. 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주 또는 이의 배양물은 황화수소(H2S), 메틸머캅탄(methyl mercaptan, CH3SH), VOC(volatile organic compound) 또는 암모니아(NH3)와 같은 악취 생성 물질의 생성량을 저감시키는 것일 수 있다. 상기 악취 저감 활성은, 다른 미생물에 의해 상기 악취 성분이 생성되는 것을 억제하거나 생성된 악취 성분을 분해 또는 제거하는 활성일 수 있다.
상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는, 이와 동일한 종으로 분류되는 다른 락토바실러스 플란타룸 균주들보다 상기 악취 저감 활성이 더 우수한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 다른 락토바실러스 플란타룸 균주들보다 상기 악취 생성 물질의 생성량을 감소시키는 활성이 더 우수한 것일 수 있으며, 상기 다른 락토바실러스 플란타룸 균주들은 예를 들어 락토바실러스 플란타룸 KCTC 3104, 락토바실러스 플란타룸 KACC 15357 또는 락토바실러스 플란타룸 KACC 12404 균주일 수 있다.
2.
신규 락토바실러스 플란타룸(
Lactobacillus plantarum
) 균주의 악취 저감 용도
본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주 및 이의 배양물이 상기와 같은 악취 저감 활성을 나타냄에 따라, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주 또는 이의 배양물은 악취 저감을 위한 용도로 유용하게 이용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 다른 측면은, 악취 저감용 조성물을 제공한다.
본 발명의 악취 저감용 조성물은 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주(Lactobacillus plantarum L190076) 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함한다.
상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주에 관한 설명은 상기 균주에 관해 설명된 것과 동일하므로 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위해 중복하여 설명하지 않는다.
상기 배양물은 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076를 배양하여 수득되는 것으로, 상기 균주의 세포를 포함하는 배양액 자체이거나, 또는 이로부터 세포를 제거하여 수득된 배양 상층액일 수 있으며, 또한 이들의 여과물, 농축물 또는 건조물일 수 있다. 상기 세포가 제거된 배양액은 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주에 의해 생산, 분비되는 성분, 예컨대 대사산물을 포함하며 이에 따라 악취 저감 활성을 갖는 것일 수 있다.
상기 여과물은 락토바실러스 플란타룸 L190076의 배양액으로부터 부유하는 고체 입자를 제거하여 침전물을 제외한 수용성의 상등액만을 얻는 것으로, 면, 나일론 등의 필터, 예컨대 0.2 ㎛ 내지 5 ㎛의 필터를 이용하여 입자를 걸러내거나 냉동여과법, 원심분리법 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 농축물은 상기 배양액의 고형분 농도를 높이는 것으로, 상기 유산균 세포를 포함하는 배양액의 농축물이거나 유산균 세포를 제거한 배양 상층액의 농축물일 수 있다. 상기 농축물은 진공농축, 판형농축, 박막농축 등에 의해 농축된 것일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 예컨대 공지의 농축기를 이용하여 40 ℃ 내지 60 ℃의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 농축물의 농도에 따라 본 발명의 조성물에 포함되는 배양액의 함량을 적절히 조절할 수 있다.
상기 건조물은 동결건조, 진공건조, 열풍건조, 분무건조, 감압건조, 분무건조, 포말건조, 고주파건조, 적외선건조 등의 방법을 통해 건조된 것을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 악취 저감은 동물의 분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키는 것일 수 있다. 상기 동물은 가축, 반려동물, 애완동물, 야생동물 또는 사람을 포함하나 이에 제한되지 않고, 분뇨를 생성하여 배출하는 동물, 특히 '장' 구조를 가지는 동물이라면 제한없이 적용될 수 있다. 상기 가축, 반려동물 및 애완동물은 사람이 기를 수 있는 모든 동물을 포함하며, 예컨대 상기 가축은 축산법에서 정의하는 가축일 수 있다. 상기 가축은 소, 돼지, 양, 염소, 사슴, 말 또는 가금류(닭, 오리, 거위, 칠면조, 타조, 칠면조, 꿩)일 수 있고 상기 반려동물 또는 애완동물은 개 또는 고양이일 수 있다. 본 발명의 악취 저감용 조성물은 필요에 따라 야생동물이나 사람의 분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키기 위한 목적으로 이용될 수 있다.
상기 악취 저감은, 음식물 쓰레기에서 발생하는 악취를 저감시키는 것이거나 구취를 저감시키는 것일 수 있다.
상기 악취는 황화수소(H2S), 메틸머캅탄(methyl mercaptan, CH3SH), VOC(volatile organic compound) 및 암모니아(NH3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분에 의해 발생하는 것일 수 있다.
상기 악취 저감은 분뇨에서 생성되는 상기 악취 성분들의 생성량을 감소시키는 것일 수 있으며, 본 발명의 조성물을 처리 또는 적용하지 않은 경우의 분뇨 내 악취 성분 생성량과 비교할 본 발명의 조성물을 처리 또는 적용하였을 때 분뇨 내 악취 성분 생성량이 더 적게 나타나는 것일 수 있다.
본 발명의 악취 저감용 조성물은, 이를 처리 또는 적용하지 않은 경우보다 분뇨 내 악취 성분의 생성량이 감소되는 것은 물론, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주와 동일한 종으로 분류되는 다른 락토바실러스 플란타룸 균주나 이의 배양물을 포함하는 조성물을 처리 또는 적용한 경우보다도 상기 악취 성분의 생성량을 더 많이 감소시킬 수 있다. 상기 다른 락토바실러스 플란타룸 균주들은 예를 들어 락토바실러스 플란타룸 KCTC 3104, 락토바실러스 플란타룸 KACC 15357 또는 락토바실러스 플란타룸 KACC 12404 균주일 수 있다.
상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 상기 조성물에 102 내지 1010 CFU/㎖의 농도로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 상기 조성물에 102 내지 109 CFU/㎖, 103 내지 108 CFU/㎖, 104 내지 106 CFU/㎖, 또는 104 내지 105 CFU/㎖의 농도로 포함될 수 있다.
본 발명의 악취 저감용 조성물은 동결보호제를 더 포함할 수 있다. 상기 동결보호제는 탈지분유, 말토덱스트린, 덱스트린, 트레할로스, 말토오스, 유당, 만니톨, 사이클로덱스트린, 글리세롤, 치커리, 인산칼륨 및 꿀로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 동결건조 과정에서 유산균이 손상되거나 사멸되는 것을 방지할 수 있는 제제라면 어느 것이든 포함될 수 있다.
상기 악취 저감용 조성물이 동결보호제를 포함하는 경우, 동결건조 과정을 거쳐 동결건조물, 예컨대 분말의 형태로 사용될 수 있으며, 제형화, 포장, 보관 등에 있어 유리한 장점이 있고 이에 포함된 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 장기간 보존할 수 있다.
상기 악취 저감용 조성물은 생균제 형태일 수 있다. 본 발명의 조성물이 생균제 형태로 제공될 경우, 이에 포함된 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주가 상기 조성물을 섭취한 개체(예컨대, 상기 동물)의 장내에서 증식하면서 대사할 수 있으며, 상기 개체의 장내에 정착하여 균총을 형성하거나 장내 다른 미생물에 영향을 줄 수 있다. 이에 따라, 생균제 형태로 조성물을 섭취하였을 때 본 발명 조성물의 악취 저감 효과가 더욱 우수하게 나타날 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주(Lactobacillus plantarum L190076) 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는, 사료 첨가제를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은, 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주(Lactobacillus plantarum L190076) 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는, 사료 조성물을 제공한다.
상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주, 이의 활성, 효과, 용도, 포함되는 농도 등에 관한 설명은 상기 균주에 관해 설명된 것과 동일하므로 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위해 중복하여 설명하지 않는다.
상기 사료 첨가제는 동물의 분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키기 위한 목적에서 사료에 첨가되어 사용될 수 있으며, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주 또는 이의 배양물 이외에 사료 첨가제에 통상적으로 사용되는 성분들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기산(구연산, 후말산, 아디픽산, 젖산 등), 인산염(인산칼륨, 인산나트륨, 중합 인산염 등), 항산화제(폴리페놀, 카테친, 토코페롤, 비타민 C, 녹차 추출 물, 키토산, 탄니산 등)을 더 포함할 수 있고, 완충액, 정균제 등이 더 첨가될 수 있다. 또한, 사료 첨가제의 제제 형태에 따라, 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 더 포함할 수 있다.
상기 사료 조성물은 동물에게 급이하기 위한 것으로, 상기 동물은 가축, 반려동물, 애완동물, 야생동물일 수 있으며, 이에 대한 설명은 상기 동물에 관해 설명한 것과 동일하므로 기재를 생략한다. 구체적으로, 상기 사료 조성물은 소, 돼지, 양, 염소, 사슴, 말, 닭, 오리, 거위, 칠면조, 타조, 칠면조, 꿩, 개 및 고양이로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 동물의 사료일 수 있다.
상기 사료 조성물은, 본 발명의 상기 사료 첨가제와 혼합되어 제조되는 것일 수 있으며, 그 외에 영양 보충제, 성장 촉진제, 소화흡수 촉진제, 질병 예방제 등을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 상기 사료 첨가제가 사료 조성물에 포함되어 이용될 경우, 비독성제약상 허용 가능한 식용 담체와 조합하여 즉시 방출 또는 서방성 제형으로 제조되어 이용될 수 있으며, 상기 식용 담체는 옥수수 전분, 락토스, 수크로스와 콩 플레이트 프로필렌 글리콜일 수 있다. 고체 담체의 경우에는 정제, 산제, 토로키제로 사용될 수 있으며 액체형 담체의 경우 시럽제, 액체 현탁액제, 에멀젼제, 용액제 투여 형태일 수 있다.
상기 사료 첨가제 또는 사료 조성물은, 보조성분으로 미노산, 무기염류, 비타민, 항산화 제제, 항곰팡이 제제, 미생물 제제 등과 같은 각종 보조제 및 분쇄 또는 파쇄된 밀, 보리, 옥수수 등의 식물성 단백질사료, 혈분, 육분, 생선분 등의 동물성 단백질 사료, 동물성 지방 및 식물성 지방 등을 더 포함할 수 있다.
상기 사료의 종류는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 사료를 사용할 수 있다. 상기 사료의 비제한적인 예로는, 곡물류, 근과류, 식품 가공 부산물류, 조류, 섬유질류, 제약 부산물류, 유지류, 전분류, 박류 또는 곡물 부산물류 등과 같은 식물성 사료; 단백질류, 무기물류, 유지류, 광물성류, 유지류, 단세포 단백질류, 동물성 플랑크톤류 또는 음식물 등과 같은 동물성 사료를 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2종 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.
3.
동물 분뇨의 악취 저감 방법
본 발명의 다른 측면은, 동물 분뇨의 악취 저감 방법을 제공한다.
본 발명의 동물 분뇨의 악취 저감 방법은, 상기 악취 저감용 조성물을 동물의 분뇨에 적용하는 단계를 포함한다.
상기 적용하는 단계는, 동물로부터 배출된 분뇨에 상기 조성물을 분사 또는 혼합하는 것일 수 있다. 상기 분사 또는 혼합은 상기 악취 저감용 조성물을 액체 형태로 분뇨에 분사하거나 혼합하는 것일 수 있다. 상기 악취 저감용 조성물은 동물로부터 분뇨가 배출된 직후에 적용시키거나, 또는 배출된 분뇨를 저장, 보관하는 과정에서 적용시킬 수 있다.
본 발명의 동물 분뇨의 악취 저감 방법은, 상기 악취 저감용 조성물을 동물에게 섭취시키는 단계를 포함한다.
상기 섭취시키는 단계는, 상기 조성물을 사료 첨가제 또는 사료 조성물의 형태로 급이시키는 것일 수 있으며, 상기 사료 첨가제 및 사료 조성물에 관한 설명은 이에 관해 앞서 설명된 것과 동일하므로 중복하여 설명하지 않는다. 본 발명의 악취 저감용 조성물은 동물의 소화 과정을 거치더라도 사멸되지 않고 활성을 나타낼 수 있으며, 장내에서 그리고 분뇨 내에서 악취 생성 물질을 만들어내는 미생물의 악취 성분 생성량을 감소시킴에 따라 분뇨의 악취를 저감할 수 있는 효과가 있다.
상기 악취 저감용 조성물, 이에 포함되는 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주, 이의 활성, 효과, 용도, 포함되는 농도, 그리고 상기 동물 등에 관한 설명은 이에 관해 앞서 설명된 것과 동일하므로 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위해 중복하여 설명하지 않는다.
상기 동물 분뇨의 악취 저감 방법은, 상기 악취 저감용 조성물을 동물의 분뇨에 적용한 이후, 또는 상기 조성물을 동물에게 섭취시킨 후 분뇨가 배출된 이후에 1일 이상, 2일 이상, 5일 이상, 또는 7일 이상 분뇨를 저장, 보관하더라도 악취 저감 효과가 유지될 수 있다.
상기 악취 저감은, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주 또는 이의 배양물을 포함하는 조성물을 적용하거나 섭취시키지 않은 동물의 분뇨에서의 1일 내지 7일 동안 누적된 황화수소의 생성량을 기준(100%)으로 할 때, 분뇨의 누적 황화수소 생성량이 5% 내지 20%, 6% 내지 18%, 또는 6.5% 내지 17% 수준으로 감소되는 것일 수 있다.
상기 악취 저감은, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주 또는 이의 배양물을 포함하는 조성물을 적용하거나 섭취시키지 않은 동물의 분뇨에서의 1일 내지 7일 동안 누적된 메틸머캅탄의 생성량을 기준(100%)으로 할 때, 분뇨의 누적 메틸머캅탄 생성량이 15% 내지 26%, 16% 내지 25%, 또는 16.5% 내지 24.5% 수준으로 감소되는 것일 수 있다.
상기 악취 저감은, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주 또는 이의 배양물을 포함하는 조성물을 적용하거나 섭취시키지 않은 동물의 분뇨에서의 1일 내지 7일 동안 누적된 VOC의 생성량을 기준(100%)으로 할 때, 분뇨의 누적 VOC 생성량이 20% 내지 26%, 21% 내지 25%, 또는 21.5% 내지 24.5% 수준으로 감소되는 것일 수 있다.
상기 악취 저감은, 상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주 또는 이의 배양물을 포함하는 조성물을 적용하거나 섭취시키지 않은 동물의 분뇨에서의 1일 내지 7일 동안 누적된 암모니아의 생성량을 기준(100%)으로 할 때, 분뇨의 누적 암모니아 생성량이 60% 내지 85%, 63% 내지 84%, 또는 65% 내지 84% 수준으로 감소되는 것일 수 있다.
본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 내산성, 내담즙성이 있고 용혈 활성이 없으며 생체 아민을 생성하지 않으므로 프로바이오틱스로 이용되기에 적합한 특성이 있다. 상기 L190076 균주는 균학적으로 호알칼리성 및 호기성의 특징이 있어 동물의 분뇨에서 높은 성장 속도를 나타내는 특징이 있다. 또한, 상기 L190076 균주는 각종 소화액, 소화 효소, 낮은 pH 조건에 노출되더라도 사멸하지 않고 증식할 수 있는 특징이 있으며, 동물의 분뇨에 처리하였을 때 악취를 나타내는 황화수소(H2S), 메틸머캅탄(methyl mercaptan, CH3SH), VOC(volatile organic compound) 및 암모니아(NH3)의 발생을 현저하게 감소시키는 효과가 있다. 특히, L190076 균주는 다른 락토바실러스 플란타룸으로 분류되는 균주들과 비교할 때에도 상기 악취 성분들의 발생 저감 효과가 현저하게 우수한 특징이 있다. 따라서, 본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 포함하는 조성물, 사료 조성물, 사료 첨가제를 이용하는 경우 동물의 분뇨에서 발생하는 악취를 효과적으로 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주의 16S rRNA 유전자 서열을 바탕으로 작성한 계통도이다.
도 2는 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 pH 3.0 및 pH 2.5의 MRS 평판배지에 각각 접종하여 48시간 배양한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 3은 황소의 담즙 성분(oxgall)을 각각 0%, 0.3%, 0.5% 및 1%의 농도로 첨가한 포함된 배지에서 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 접종시켜 24시간 배양한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 4는 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주의 용혈 활성을 분석한 실험 결과이다. A는 양의 혈액을 함유하는 한천배지에 Pseudomonas aeruginosa KCTC 2004 균주, Staphylococcus aureus KCTC 1621 균주 및 Escherichia coli Nissle 1917 균주를 접종하여 48시간 배양한 결과로, 'α'는 α-용혈 활성을 가지는 미생물의 배양 결과를, 'β'는 β-용혈 활성을 가지는 미생물의 배양 결과를, 'γ'는 γ-용혈 활성을 가지는 미생물의 배양 결과를 나타낸다. B는 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 양의 혈액을 함유하는 한천배지에 접종하여 48시간 배양한 결과이다.
도 5는 히스티딘이 함유된 한천배지에 Pseudomuas aeruginosa KCTC 2004 균주, Staphylococcus aureus KCTC 1621 균주 및 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 각각 접종하여 24시간 배양한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 6a 내지 도 6d는 인공 소화 과정을 거쳐 제조된, 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 포함하는 사료 소화물을 돼지 분뇨에 처리한 후 악취 성분의 발생량을 측정하여 비교한 그래프로, 오른쪽은 일별 발생량을, 왼쪽은 일별 누계 발생량을 나타낸 그래프이다. M16-C는 L190076 균주를 포함하지 않는 사료 소화물을 처리한 대조구이며, M16-1은 L190076 균주를 0.025g, M16-2는 0.05g, M16-3는 0.075g, M16-4는 0.1g, M16-5는 0.2g 첨가하여 소화시킨 사료 소화물을 처리한 시험구이다. 도 6a는 황화수소의 발생량을, 도 6b는 메틸머캅탄의 발생량을, 도 6c는 VOCs의 발생량을, 도 6d는 암모니아의 발생량을 비교한 그래프이다.
도 7은 인공 소화 과정을 거쳐 제조된 사료 소화물을 돼지 분뇨에 처리한 후 황화수소, 메틸머캅탄, VOC 및 암모니아의 발생량을 측정하여 비교한 그래프로, 각각 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주, KCTC 3104 균주, KACC 15357 균주, KACC 12404 균주가 포함된 사료 소화물을 처리한 결과를 비교하여 나타낸 것이다. Control은 유산균을 첨가하지 않은 사료 소화물을 처리한 결과를 의미한다.
도 8은 본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주가 나타내는 황화수소, 메틸머캅탄, VOC 및 암모니아의 발생량 저감 효과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 pH 3.0 및 pH 2.5의 MRS 평판배지에 각각 접종하여 48시간 배양한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 3은 황소의 담즙 성분(oxgall)을 각각 0%, 0.3%, 0.5% 및 1%의 농도로 첨가한 포함된 배지에서 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 접종시켜 24시간 배양한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 4는 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주의 용혈 활성을 분석한 실험 결과이다. A는 양의 혈액을 함유하는 한천배지에 Pseudomonas aeruginosa KCTC 2004 균주, Staphylococcus aureus KCTC 1621 균주 및 Escherichia coli Nissle 1917 균주를 접종하여 48시간 배양한 결과로, 'α'는 α-용혈 활성을 가지는 미생물의 배양 결과를, 'β'는 β-용혈 활성을 가지는 미생물의 배양 결과를, 'γ'는 γ-용혈 활성을 가지는 미생물의 배양 결과를 나타낸다. B는 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 양의 혈액을 함유하는 한천배지에 접종하여 48시간 배양한 결과이다.
도 5는 히스티딘이 함유된 한천배지에 Pseudomuas aeruginosa KCTC 2004 균주, Staphylococcus aureus KCTC 1621 균주 및 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 각각 접종하여 24시간 배양한 후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 6a 내지 도 6d는 인공 소화 과정을 거쳐 제조된, 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주를 포함하는 사료 소화물을 돼지 분뇨에 처리한 후 악취 성분의 발생량을 측정하여 비교한 그래프로, 오른쪽은 일별 발생량을, 왼쪽은 일별 누계 발생량을 나타낸 그래프이다. M16-C는 L190076 균주를 포함하지 않는 사료 소화물을 처리한 대조구이며, M16-1은 L190076 균주를 0.025g, M16-2는 0.05g, M16-3는 0.075g, M16-4는 0.1g, M16-5는 0.2g 첨가하여 소화시킨 사료 소화물을 처리한 시험구이다. 도 6a는 황화수소의 발생량을, 도 6b는 메틸머캅탄의 발생량을, 도 6c는 VOCs의 발생량을, 도 6d는 암모니아의 발생량을 비교한 그래프이다.
도 7은 인공 소화 과정을 거쳐 제조된 사료 소화물을 돼지 분뇨에 처리한 후 황화수소, 메틸머캅탄, VOC 및 암모니아의 발생량을 측정하여 비교한 그래프로, 각각 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주, KCTC 3104 균주, KACC 15357 균주, KACC 12404 균주가 포함된 사료 소화물을 처리한 결과를 비교하여 나타낸 것이다. Control은 유산균을 첨가하지 않은 사료 소화물을 처리한 결과를 의미한다.
도 8은 본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주가 나타내는 황화수소, 메틸머캅탄, VOC 및 암모니아의 발생량 저감 효과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 실험예에 의하여 상세히 설명한다.
단, 하기 실험예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되지 아니한다.
[실험예 1]
본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주의 분리, 동정 및 프로바이오틱스 활용 가능성 확인
[1-1] 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주의 분리 및 동정
본 발명의 신규한 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 시중에서 구할 수 있는 배추 김치로부터 분리한 균주이다. 구체적으로, 발효된 배추 김치를 곱게 간 후 1 ㎖를 취하여 멸균된 생리식염수에 단계 별로 10배 희석한 다음, 0.5%의 칼슘카보네이트를 첨가한 MRS 고체배지에 도말하였다. 상기 배지를 37 ℃에서 48시간 동안 배양한 다음, 균주가 만들어내는 유기산에 의해 콜로니 주변에 투명환이 형성된 콜로니를 선발하였다. 상기와 같은 방법을 통해 분리된 균주를 MRS 고체배지에서 여러 차례 계대배양하면서 순수한 콜로니를 분리하였고, 이의 16S rRNA 유전자 서열을 분석하여 균주를 동정하였다. 16S rRNA 유전자 서열을 NCBI GenBank 데이터베이스와 비교한 결과, 상기 분리된 균주를 락토바실러스 플란타룸에 속하는 것으로 동정하였고, 본 발명의 균주를 락토바실러스 플란타룸 L190076(Lactobacillus plantarum L190076)으로 명명하였다(도 1). 상기 L190076 균주는 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC)에 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁하였다.
[1-2] L190076 균주의 내산성 확인
유산균이 프로바이오틱스로 기능하기 위해서는 소화 과정에서 주어지는 산성 조건이나 담즙 조건에서 생존할 수 있는 내산성, 내담즙성 활성이 요구되며, 유산균을 섭취한 개체에 해를 가하지 않도록 용혈 활성이 없거나, 독성을 나타낼 수 있는 생체 아민을 생산하지 않는 특징이 있어야 한다.
이에, 먼저 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주가 내산성을 가지는지 여부를 확인하였다. L190076 균주를 MRS 액체배지에서 18시간 동안 배양한 다음, 5N HCl을 사용해 pH 조건을 pH 2.5 및 pH 3.0으로 각각 조정한 MRS 액체배지에 1%(v/v) 농도로 접종하였다. 접종된 배지를 37 ℃에서 48시간 동안 배양하고 생균 수를 측정하여, 산성 조건에서 L190076 균주의 수가 어떻게 변화하는지 확인하였다.
그 결과, 하기 표 1에 기재한 것과 같이, 최초 배양 시점의 생균 수가 3.68 ± 1.44 × 107 CFU/㎖이었던 것과 비교할 때, pH 3.0의 조건에서 배양한 L190076 균주의 생균 수는 3.16 ± 1.39 × 107 CFU/㎖, pH 2.5 조건에서 배양한 균주의 생균 수는 1.96 ± 0.75 × 107 CFU/㎖인 것으로 나타나, 생균 수가 크게 감소하지 않아 산성 조건에도 생육에 영향을 받지 않고 생존할 수 있음을 확인할 수 있었다(도 2).
| 초기 균 수 | pH 3.0 | pH 2.5 | |
| 생균 수 (CFU/㎖) |
3.68 ± 1.44 × 107 | 3.16 ± 1.39 × 107 | 1.96 ± 0.75 × 107 |
[1-3] L190076 균주의 내담즙성 확인
내산성 확인에 이어 담즙 조건에서도 생존이 가능한지 여부를 확인하기 위하여 본 발명의 L190076 균주를 MRS 액체배지에서 18시간 동안 배양한 다음, 황소의 담즙 성분을 포함하는 oxgall(Difco, USA)을 첨가하지 않은 MRS 액체배지에 L190076 균주를 접종하거나(대조구), 각각 0.3%, 0.5% 및 1.0%의 농도로 oxgall을 첨가한 MRS 액체배지에 L190076 균주를 1%(v/v)로 접종하였다. 각 배지를 37 ℃에서 24시간 배양한 후, 생균 수를 측정하여 대조구의 생균 수와 비교하여 본 발명 L190076 균주의 내담즙성을 평가하였다(도 3).
그 결과, 하기 표 2에 기재한 것과 같이, oxgall을 첨가하지 않은 대조구에서의 생균 수가 3.31 ± 1.74 × 109 CFU/㎖인 것과 비교할 때, 담즙 성분을 첨가한 배지에서 배양시킨 경우에도 생균 수가 8.80 ± 1.59 × 107 ~ 3.53 ± 1.74 × 108 CFU/㎖인 것으로 측정되어, 담즙 조건에서도 생존율이 크게 감소하지 않아 내성이 우수함을 확인할 수 있었다.
| Oxgall | 0% | 0.3% | 0.5% | 1% |
| 생균 수 (CFU/㎖) |
3.31 ± 1.74 × 109 | 8.80 ± 1.59 × 107 | 1.91 ± 0.79 × 108 | 3.53 ± 1.74 × 108 |
[1-4] L190076 균주의 용혈 활성 및 생체 아민 생성 여부 확인
미생물이 프로바이오틱스로 기능하기 위해서는, 이를 섭취하는 개체에 위해를 주지 않아야 하므로, 먼저 본 발명의 L190076 균주가 적혈구 세포를 파괴하는 용혈 현상을 일으키지 않는지 여부를 확인하였다. α-용혈(α-hemolysis) 활성을 가지는 미생물의 경우 미생물에 의한 헤모글로빈 산화로 인해 혈액 함유 한천배지가 어두운 녹색으로 변화하게 되고, β-용혈(β-hemolysis) 활성을 가지는 미생물의 경우 미생물에 의해 혈액한천배지의 적혈구가 완전 용해되어 투명환을 형성한다. γ-용혈(γ-hemolysis) 미생물의 경우 용혈을 일으키지 않아 혈액 함유 한천배지에서 콜로니 주변에 아무런 변화가 나타나지 않는다.
L190076 균주를 MRS 액체배지에서 37 ℃ 조건으로 24시간 배양한 다음, 5%의 양의 혈액(sheep blood)이 함유된 한천배지에 옮겨 접종하고, 다시 37 ℃에서 48시간 배양한 후 콜로니 주위에 투명환이 생성되었는지 여부를 확인하였다. α-용혈 미생물의 양성 대조구로는 Pseudomonas aeruginosa KCTC 2004 균주를, β-용혈 미생물의 양성 대조구로는 Staphylococcus aureus KCTC 1621 균주를, γ-용혈 미생물의 양성 대조구로는 Escherichia coli Nissle 1917 균주를 상기 한천배지에 배양시켜 이용하였다.
그 결과, 본 발명의 L190076 균주를 양의 혈액 함유 한천배지에서 배양시킨 결과, 투명환이 형성되지 않아 γ-용혈 활성 미생물과 동일한 결과를 나타냈으므로 용혈 활성이 없어 프로바이오틱스로 이용하기에 적합한 미생물임을 확인할 수 있었다(도 4).
그 다음, L190076 균주가 생체 아민 생성 활성이 있는지 여부를 확인하였다. 생체 아민은 체내에서 중요하고 다양한 생리적 기능을 수행하지만, 과량의 생체 아민은 치명적 독성을 일으켜 식중독 증상을 유발하거나 발암물질의 전구체로 기능할 수 있으므로, L190076 균주를 프로바이오틱스로 이용하기 위해 생체 아민을 생성하지 않는 균주인지 여부를 확인하였다.
L190076 균주를 MRS 배지에서 37 ℃ 조건으로 24시간 배양한 다음, 히스티딘이 함유된 한천배지에서 다시 37 ℃ 조건으로 24시간 배양하였다. 배양 후 배지가 보라색으로 변화되는 경우 생체 아민 생성 반응이 양성인 것으로 판정하였다. 양성 대조구로 Pseudomuas aeruginosa KCTC 2004 균주를, 음성 대조구로 Staphylococcus aureus KCTC 1621 균주를 이용하여 상기 히스티딘 함유 배지에서 배양하였다.
그 결과, 양성 대조구인 Pseudomuas aeruginosa KCTC 2004 균주의 배양 배지는 보라색으로 변색되어 주요 생체 아민 중 하나인 히스타민을 생성하는 것으로 확인되었으나, 본 발명의 L190076 균주는 음성 대조구인 Staphylococcus aureus KCTC 1621 균주의 경우와 동일하게 배지 색상 변화가 없는 것으로 관찰되었다(도 5). 따라서, L190076 균주는 생체 아민을 생성하지 않아 프로바이오틱스로 이용하기에 적합한 균주임을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
락토바실러스 플란타룸 L190076 균주의 소화 환경에서의 생존 능력 확인
상기 실험예 1을 통해 본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주가 내산성, 내담즙성 등의 활성을 가지고 있어 프로바이오틱스로 이용될 가능성이 있음을 확인한 것에 더하여, 인공 소화 모델 실험을 수행함으로써 L190076 균주가 소화 과정을 거친 후에도 얼마나 생존하는지 여부를 확인하였다.
구체적으로, L190076 균주를 MRS 고체배지에서 24시간 배양한 후 콜로니 1개를 취해 MRS 액체배지 1 ㎖에 접종하여 37 ℃에서 18동안 정치 배양하였다. 액체배지에서 배양된 L190076 균주 배양액 200 ㎕를 다시 MRS 액체배지 20 ㎖에 접종하여 18시간 정치 배양한 다음, 원심분리하여 상등액을 제거하고 인산염 완충용액(phosphate buffer, 0.1 M, pH 6.0) 2 ㎖에 현탁하였다. 양돈 사료 20 g과 인산염 완충용액(0.1 M, pH 6.0) 28 ㎖이 혼합되어 있는 멸균된 유리병에, 상기와 같이 제조한 L190076 균주의 현탁액 2 ㎖을 첨가하였다.
여기에 입에서의 소화 과정을 모사하기 위하여, 아밀라아제(amylase) 0.352 g을 첨가한 후 잘 섞어 37 ℃에서 3분 동안 반응시켰다. 이어, 위에서의 소화 과정을 모사하기 위하여, 5 N HCl을 1.8 ㎖을 첨가하여 pH를 2.5가 되도록 조정한 다음, 펩신(pepsin, 0.2 g/㎖)을 1 ㎖ 첨가하여 37 ℃에서 4시간 동안 흔들어 주면서 반응시켰다. 상기 소화 과정을 거친 소화물에 인산염 완충용액(0.2 M, pH 6.8)을 12 ㎖, 0.6 M NaOH를 9.6 ㎖ 첨가하고 5N NaOH를 1.8 ㎖ 첨가하여 pH를 6.8로 조정하였다. 그리고 장에서의 소화 과정을 모사하기 위하여, 담즙염(bile salts)를 최종농도 0.3%가 되도록 첨가하여 37 ℃에서 18시간 동안 흔들어 주면서 반응시켰다.
연속적인 인공 소화 모델 실험을 거친 사료 소화물 1 ㎖을 취하여 연속 희석한 다음, MRS 배지에 접종하여 L190076 균주의 생균 수를 조사하여 생존력을 분석한 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
| L190076 균주 생균 수 (CFU/㎖) | |
| 초기 생균 수 | 1.4 ± 0.1 × 108 |
| 인공 소화 모델 실험 후 생균 수 | 5.9 ± 0.5 × 109 |
그 결과, 각각 입, 위 그리고 장에서의 소화 과정을 모사한 실험을 거친 후에도 사료소화물 내 L190076 균주의 생균 수가 5.9 × 109로 측정되어 최초 시점보다 생균 수가 증가하였다.
따라서, 본 발명의 L190076 균주를 사료와 함께 생균제로 동물에게 급이할 경우 낮은 pH와 다양한 소화효소, 장내 담즙염 환경에 노출되더라도 L190076 균주가 사멸되지 않고 소화관을 통과할 수 있으며 분해된 사료 영양소를 이용하면서 증식까지 할 수 있음을 확인할 수 있었다.
[실험예 3]
락토바실러스 플란타룸 L190076 균주의 동물 분뇨 악취 저감 효과 확인
본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주가 동물에서 배출되는 분뇨의 악취를 저감시키는 활성이 있는지 여부를 확인하기 위하여, 상기 실험예 2에서와 같이 인공 소화 모델 실험을 거친 L190076 균주를 포함하는 사료 소화물을 돼지 분뇨에 처리하고 악취 성분의 생성량을 확인하였다.
구체적으로, 돼지 농장에서 수집한 돼지의 분뇨 90 g을 고압 멸균한 석션병에 담아 준비하였다. 시험구(M16-1 내지 M16-5)로 동결건조시킨 본 발명의 L190076 균주를 각각 농도 별로 사료 20 g과 혼합한 다음 상기 실험예 2의 인공 소화 과정을 거쳐 제조한 사료 소화물을 이용하였다. 각 시험구에서 M16-1은 0.025 g, M16-2는 0.05 g, M16-3은 0.075 g, M16-4는 0.1 g, M16-5는 0.2 g의 양으로 동결건조된 L190076 균주를 첨가하였다. 대조구(M16-C)로는 사료 20 g만으로 인공 소화 과정(상기 실험예 2)을 거쳐 제조한 사료 소화물을 이용하였다. 대조구 및 시험구의 사료 소화물을, 상기 돼지 분뇨를 담은 석션병에 첨가하여 고르게 섞은 다음 뚜껑을 덮어 상온에서 7일 동안 보관하면서 발생되는 악취 성분의 양을 측정하였다. 악취 성분은 매일 1회 MultiRAE Pro (USA) 장비를 이용하여 측정하였고, 황화수소(H2S), 메틸머캅탄(methyl mercaptan, CH3SH), VOCs(volatile organic compounds) 및 암모니아(NH3)의 발생량을 측정하였고, 각 시료 별로 동일하게 제조한 3개의 시료의 값을 각각 측정하였다.
그 결과, L190076 균주가 포함된 사료 소화물을 처리한 시험구의 경우, 대조구보다 모두 황화수소, 메틸머캅탄 및 VOCs의 생성 농도가 현저하게 적은 것으로 측정되었다.
대조구는 황화수소 발생량(일별 누계)이 166.9 ppm으로 측정된 것과 비교할 때, L190076 균주를 0.075 g 첨가한 M16-3 시료의 황화수소 발생량은 11.3 ppm으로 측정되어 대조구에서의 황화수소 발생량(100%)의 6.8%에 불과하였다. 다른 시험구에서도 대조구의 황화수소 발생량을 기준으로, 최소 11.3%, 최대 16.7%의 황화수소가 발생하였으므로, L190076 균주는 이를 처리한 분뇨에서 황화수소 발생량을 현저하게 감소시키는 효과가 있음을 확인할 수 있었다(도 6a).
메틸머캅탄의 발생량의 경우에도, 대조구에서 69.3 ppm으로 측정된 것과 비교할 때, L190076 균주를 처리한 시험구 M16-2(0.05 g 첨가)에서는 11.9 ppm으로 측정되어 대조구(100%) 대비 17.2% 수준으로 메틸머캅탄이 생성되었다. 다른 시험구에서도 대조구의 메틸머캅탄 발생량을 기준으로, 최소 17.2%(11.9 ppm), 최대 28.9%(20.0 ppm)의 메틸머캅탄이 발생하였으므로, L190076 균주는 이를 처리한 분뇨에서 메틸머캅탄 발생량을 현저하게 감소시키는 효과가 있음을 확인할 수 있었다 (도 6b).
VOCs의 경우, 대조구에서 276.4 ppm의 농도로 VOC가 발생하였던 것과 비교할 때, L190076 균주를 처리한 시험구 M16-2(0.05 g 첨가)에서는 VOC가 59.5 ppm 만큼 발생하여 대조구(100%) 대비 21.5% 수준으로 VOC가 발생하였다. 다른 시험구에서도 대조구의 VOCs 발생량을 기준으로, 최소 21.5%(59.5 ppm), 최대 24.3%(67.2 ppm)의 VOC가 발생하였으므로, L190076 균주는 이를 처리한 분뇨에서 VOC 발생량을 현저하게 감소시키는 효과가 있음을 확인할 수 있었다 (도 6c).
암모니아의 발생량 측정 결과에서는, 대조구에서 76.3 ppm으로 측정된 것과 비교할 때 시험구에서는 암모니아의 발생량이 최소 50.3 ppm, 최대 64.0 ppm으로 측정되어 대조구(100%) 대비 65.9% 내지 83.8% 수준으로 암모니아가 발생하는 것으로 확인되었다. L190076 균주를 분뇨에 처리하는 경우, 다른 악취 성분의 저감 효과에 비하면 효과가 더 낮지만, L190076 균주는 분뇨의 암모니아 저감 효과도 있음을 확인할 수 있었다(도 6d).
특히, L190076 균주를 포함하는 사료 소화물을 분뇨에 처리한 후 시간이 경과할수록 악취 성분의 발생량이 감소되는 것을 볼 수 있으므로(도 6a 내지 도 6d), 본 발명의 악취 저감 효과는 일시적인 것에 그치지 않으며, 분뇨를 장시간 방치하거나 저장하는 과정에서도 지속적인 악취 발생 저감 효과를 기대할 수 있다.
[실험예 4]
L190076 균주와 다른 락토바실러스 플란타룸 균주들 간의 분뇨 악취 저감 효과 차이 비교
본 발명의 L190076 균주는 락토바실러스 플란타룸으로 분류되는 균주이므로, L190076 균주와 동속, 동족으로 분류되는 다른 락토바실러스 플란타룸 균주들과 분뇨의 악취 저감 효과 차이를 확인하여 비교하였다.
다른 락토바실러스 플란타룸 균주들은 공인된 균주 기관으로부터 분양 받았으며 락토바실러스 플란타룸 KCTC 3104, KACC 15357 및 KACC 12404 균주를 분양받아 실험에 이용하였다. 본 발명의 L1900764 균주, 그리고 다른 플란타룸 균주들을 이용하여 상기 실험예 2와 동일하게 소화 모사 모델을 거쳐 사료 소화물을 제조하였고, 상기 실험예 3과 동일한 방법으로 돼지 분뇨에 각각 처리하여 황화수소, 메틸머캅탄, VOCs 및 암모니아의 발생량을 측정하였다. 각 성분의 발생량을 매일 1회 측정하였고 5일 동안 측정된 발생량의 누적 값을 각 유산균 균주 별로 비교하였다(도 7). 유산균을 처리하지 않은 사료 소화물을 돼지 분뇨에 처리한 것을 대조구로 하여 이의 악취 성분 발생량을 측정하였다.
그 결과, 황화수소(H2S) 발생량의 경우, 유산균을 처리하지 않은 대조구에서의 발생량(100%)을 기준으로 하였을 때, KCTC 3103 균주 처리구의 황화수소 발생량은 36.4%, KACC 15357 균주 처리구는 26.9%, KACC 12404 균주 처리구는 78.2% 수준으로 측정되었다. 본 발명의 L190076 균주 처리구에서는 황화수소가 대조구 발생량 대비 16.9% 수준으로 발생하여 L190076 균주의 황화수소 발생 저감 효과가 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.
메틸머캅탄(CH3SH)의 경우, 대조구 발생량(100%) 대비 KCTC 3103 균주 처리구의 메틸머캅탄 발생량은 79.6%, KACC 15357 균주 처리구는 81.6%, KACC 12404 균주 처리구는 90.3% 수준으로 측정되어 대조구에서의 발생량과 큰 차이가 없었던 것과는 달리, L190076 균주 처리구에서는 대조구 발생량 대비 42.0% 수준으로 메틸머캅탄이 생성되는 것으로 측정되었다. 따라서, L190076 균주는 다른 락토바실러스 플란타룸 균주들과는 다르게 메틸머캅탄 발생 저감 효과가 탁월한 것을 확인할 수 있었다.
VOCs(volatile organic compounds) 발생량의 경우, 대조구 발생량(100%) 대비 KCTC 3103 균주 처리구는 76.5%, KACC 15357 균주 처리구는 53.0%, KACC 12404 균주 처리구는 85.6% 수준으로 측정되었다. L190076 균주 처리구에서는 VOC 발생량이 대조구 발생량 대비 38.2% 수준인 것으로 측정되었는바, VOC 발생 저감 효과가 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.
암모니아(NH3) 발생량의 측정 결과에서도, 대조구 발생량(100%) 대비 KCTC 3103 균주의 경우 79.5%, KACC 15357 균주는 81.7%, KACC 12404 균주는 90.3%로 측정된 것과 비교할 때, L190076 균주 처리구에서는 대조구 발생량 대비 42.1% 수준으로 암모니아가 발생하는 것으로 측정되어, 다른 락토바실러스 플란타룸 균주들에 비해 L190076 균주의 암모니아 생성 저해 효과가 현저하게 나타남을 확인할 수 있었다.
상기와 같은 실험예 1 내지 실험예 4의 실험 결과를 종합하여 볼 때, 본 발명의 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주의 경우, 내산성, 내담즙성이 우수하고 용혈 활성이나 생체 아민 생성능이 없어 프로바이오틱스로 이용하기에 적합한 특성이 있다. 각종 소화액과 소화 중 pH 조건에 노출시킨 소화 모사 실험을 거친 후에도 생균 수가 증가함을 실제로 확인하였으며, 이렇게 만들어진 소화물을 돼지 분뇨에 처리하였을 때 악취를 내는 성분들의 발생량이 현저하게 감소하였으므로, 본 발명의 L190076 균주와 이의 배양액을 악취 저감 용도로 유용하게 이용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, L190076 균주와 동일한 종으로 분류되는 다른 락토바실러스 플란타룸을 이용하여 동일한 실험을 수행한 결과와 비교하여 볼 때, 본 발명의 L190076 균주의 악취 저감 효과는 다른 균주들의 효과보다 현저한 것을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 대표적인 실험예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실험예에만 한정되지 아니하며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
Claims (14)
- 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 락토바실러스 플란타룸 L190076(Lactobacillus plantarum L190076) 균주.
- 청구항 1에 있어서,
상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는, 내산성, 내담즙성, 또는 감마 용혈활성을 가지는 것이거나, 생체 아민을 생성하지 않는 것인, 균주.
- 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주(Lactobacillus plantarum L190076) 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는, 악취 저감용 조성물.
- 청구항 3에 있어서,
상기 악취 저감은 동물의 분뇨에서 발생하는 악취를 저감시키는 것인, 악취 저감용 조성물.
- 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 악취는, 황화수소(H2S), 메틸머캅탄(methyl mercaptan, CH3SH), VOC(volatile organic compound) 및 암모니아(NH3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분에 의해 발생하는 것인, 악취 저감용 조성물.
- 청구항 3에 있어서,
상기 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주는 상기 조성물에 102 내지 1010 CFU/㎖의 농도로 포함되는 것인, 악취 저감용 조성물.
- 청구항 3에 있어서,
동결보호제를 더 포함하는, 악취 저감용 조성물.
- 청구항 3에 있어서,
상기 조성물은 생균제 형태인, 악취 저감용 조성물.
- 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주(Lactobacillus plantarum L190076) 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는, 사료 첨가제.
- 수탁번호 KCTC 14255BP로 기탁된 락토바실러스 플란타룸 L190076 균주(Lactobacillus plantarum L190076) 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는, 사료 조성물.
- 청구항 10에 있어서,
상기 사료 조성물은 소, 돼지, 양, 염소, 사슴, 말, 닭, 오리, 거위, 칠면조, 타조, 칠면조, 꿩, 개 및 고양이로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 동물의 사료인 것인, 사료 조성물.
- 청구항 3의 조성물을 동물의 분뇨에 적용하는 단계를 포함하는, 동물 분뇨의 악취 저감 방법.
- 청구항 12에 있어서,
상기 적용하는 단계는, 동물로부터 배출된 분뇨에 상기 조성물을 분사 또는 혼합하는 것인, 동물 분뇨의 악취 저감 방법.
- 청구항 3의 조성물을 동물에게 섭취시키는 단계를 포함하는, 동물 분뇨의 악취 저감 방법.
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